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2023届二轮复习 专题一 第1讲 力与物体的平衡 课件
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这是一份2023届二轮复习 专题一 第1讲 力与物体的平衡 课件，共53页。PPT课件主要包含了回扣核心主干，知识技能了于胸，透析高考考情，知己知彼百战胜，突破核心考点，解题能力步步高，考点一静态平衡问题，考点二动态平衡问题，细研微小专题，一题一课攻疑难等内容，欢迎下载使用。
1.弹力(1)大小:弹簧在弹性限度内,弹力的大小可由胡克定律F=kx计算;一般情况下物体间相互作用的弹力可由平衡条件或牛顿运动定律来求解。(2)方向:一般垂直于接触面(或切面)指向形变恢复的方向,绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向。2.摩擦力(1)大小:滑动摩擦力Ff=μF压,与接触面的面积无关;静摩擦力的增大有一个限度,具体值根据牛顿运动定律或平衡条件来求。(2)方向:沿接触面的切线方向,并且跟物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反。
(2)方向:正电荷所受静电力方向与电场强度方向一致,负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。4.安培力(1)大小:F=BIL,此式只适用于B⊥I的情况,且L是导线的有效长度。当B∥I时,F=0。(2)方向:用左手定则判断,安培力垂直于B、I确定的平面。
5.洛伦兹力(1)大小:F=qvB,此式只适用于B⊥v的情况。当B∥v时,F=0。(2)方向:用左手定则判断,洛伦兹力垂直于B、v确定的平面,洛伦兹力永不做功。6.共点力的平衡(1)平衡状态:物体静止或做匀速直线运动。(2)平衡条件:F合=0或Fx=0,Fy=0。
模型建构滑块与斜面模型如图所示,斜面固定,物块与斜面间的动摩擦因数为μ,将物块轻放在斜面上,若μ=tan θ,物块刚好不下滑;若μ>tan θ,物块静止;若μ
解析:把a、b作为整体分析,水平方向根据平衡条件Ff=Fcs θ,故A错误;对物块b,根据垂直斜面方向的合力为零可知,斜面体a对物块b的支持力大小为mgcs θ,故B正确;对a、b整体,在竖直方向,根据平衡条件有Mg+mg=FN+Fsin θ,FN=Mg+mg-Fsin θ,故C正确,D错误。
1.基本思路依据“整体法”与“隔离法”来确定研究对象。2.两个解题技巧(1)善于转换研究对象,尤其是对摩擦力不易判定的情形,可以先分析相接触物体的受力情况,再应用牛顿第三定律判定。(2)假设法是判断弹力、摩擦力的存在及方向的基本方法。
3.三个重要推论(1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小相等,方向相反。(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等,方向相反。(3)多力平衡:如果物体受多个共点力作用处于平衡状态,其中任何一个力与其余力的合力大小相等,方向相反。4.分析轻绳、轻杆弹力的“两种”模型(1)“活结”与“死结”:“活结”两侧绳的弹力大小一定相等,“死结”两侧绳的弹力大小不一定相等。(2)“动杆”与“定杆”:“动杆”弹力方向一定沿杆,“定杆”弹力方向不一定沿杆。
1.(2022·山东德州二模)如图所示,轻绳MN的两端固定在水平天花板上,物体m1通过另一段轻绳系在轻绳MN的某处,光滑轻滑轮跨在轻绳MN上,可通过其下边的一段轻绳与物体m2一起沿MN自由移动。系统静止时轻绳MN左端与水平方向的夹角为60°,右端与水平方向的夹角为30°。则物体m1与m2的质量之比为( )
解析:对物体m1上端绳结受力分析如图甲所示。根据共点力平衡及几何关系,合力正好平分两个分力的夹角,可得F1=m1g。对滑轮受力分析如图乙所示,得F2=m2g。根据轻绳拉力特点可知F1=F2,则m1=m2。A正确。
2.(2022·辽宁大连模拟) 如图所示,两个完全相同的木模质量均为m,通过三根轻质竖直细线对称连接,放在水平面上呈“互”字型静置,上方木模呈现悬浮效果,这是利用了建筑学中的“张拉整体”的结构原理。细线a、b、c上的张力大小分别用Fa、Fb、Fc表示,水平面所受的压力大小为FN,重力加速度大小为g。下列关系式正确的是( )A.Fa>mg,FN=2mgB.Fa>mg,FN>2mgC.Fb=Fc,Fa=Fb+0.5mgD.Fa=Fb+Fc
解析:对整体受力分析,由平衡条件得FN=2mg,由对称性可知Fb=Fc,对上方木模受力分析,受到自身向下的重力mg,两根长线向下的拉力Fb、Fc和短线a向上的拉力Fa,有Fa=mg+Fc+Fb,则Fa>mg,Fa≠Fb+Fc,故选A。
1.动态平衡物体在缓慢移动过程中,可认为其速度、加速度均为零,物体处于平衡状态。2.思路方法把“动”化为“静”,“静”中求“动”。动态平衡问题的常用方法有图解法、解析法和相似三角形法。(1)图解法:一个力恒定,另一个力的方向恒定时可用此法。例:挡板P由竖直位置向水平位置缓慢旋转时小球受力的变化。(如图所示)(2)解析法:如果物体受到多个力的作用,可进行正交分解,利用解析法,建立平衡方程,根据自变量的变化确定因变量的变化。
(3)相似三角形法:一个力恒定、另外两个力的方向同时变化,当所作矢量三角形与空间的某个几何三角形总相似时用此法。(如表所示)
3.(2022·辽宁沈阳模拟)如图所示为一简易起重装置,AC是上端带有滑轮的固定支架,BC为质量不计的轻杆,杆的一端C用铰链固定在支架上,另一端B悬挂一个重力为G的重物,并用钢丝绳跨过滑轮连接在卷扬机上。开始时,杆BC与支架AC的夹角∠BCA>90°,现使∠BCA缓缓变小,直到∠BCA=30°。在此过程中,杆BC所受的力(不计钢丝绳所受重力及一切阻力,且滑轮和铰链大小可不计)( )A.大小不变 B.逐渐增大C.先减小后增大 D.先增大后减小
4.(2021·湖南卷,5) 质量为M的凹槽静止在水平地面上,内壁为半圆柱面,截面如图所示,A为半圆的最低点,B为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触,内有一质量为m的小滑块。用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动,力F的方向始终沿圆弧的切线方向,在此过程中所有摩擦均可忽略,下列说法正确的是( )A.推力F先增大后减小B.凹槽对滑块的支持力先减小后增大C.墙面对凹槽的压力先增大后减小D.水平地面对凹槽的支持力先减小后增大
考点三 电磁场中的平衡问题
1.“三种”电磁力的对比
2.涉及静电力、磁场力的平衡问题的解题思路(1)记忆口诀:一场二弹三摩擦,各力方向准确画。(2)思维导图。3.解题常见误区及提醒(1)安培力方向的判断要先判断磁场方向、电流方向,再用左手定则判断,同时注意立体图转化为平面图。(2)静电力或安培力的出现,可能会对压力或摩擦力产生影响。(3)涉及电路问题时,要注意闭合电路欧姆定律的使用。
5.(2022·广东广州二模)如图,在光滑绝缘斜面上有带电小球a与b,两球同时释放瞬间,a球的加速度刚好为零。则下列关于a、b的电性及初始位置,符合要求的是( )
解析:带电小球a在光滑绝缘斜面上,对其受力分析,受重力、支持力和带电小球b对它的库仑力。两球同时释放瞬间,a球的加速度刚好为零,即带电小球b对它的库仑力与重力和支持力的合力平衡,故带电小球b对小球a的库仑力沿斜面向上。综上所述只有B图符合题意。
6.(2022·湖南卷,3)如图a,直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上,其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场,与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化,其截面图如图b所示。导线通以电流I,静止后,悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是( )A.当导线静止在图a右侧位置时,导线中电流方向由N指向MB.电流I增大,静止后,导线对悬线的拉力不变C.tan θ与电流I成正比D.sin θ与电流I成正比
考点四 平衡问题中的临界、极值问题
1.临界问题当某物理量变化时,会引起其他物理量的变化,从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题的描述中常用“刚好”“刚能”“恰好”等词语。力的平衡中常见的临界状态有:(1)两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为零(主要体现为两物体间的弹力为零)。(2)绳子断与不断的临界条件为作用力达到最大值。(3)存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大值。
2.极值问题平衡物体的极值一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题。3.解决临界、极值问题的思路4.解决临界、极值问题的三种方法(1)解析法:根据物体的平衡条件列出平衡方程,在解方程时采用数学方法求极值。(2)图解法:此种方法通常适用于物体只在三个力作用下的平衡问题。(3)极限法:极限法是一种处理临界问题的有效方法,它是指通过恰当选取某个变化的物理量将问题推向极端(如“极大”“极小”等),从而把比较隐蔽的临界现象暴露出来,快速求解。
7.(2022·安徽芜湖阶段测试)(多选)如图所示,质量均为m的小球a、b之间用轻绳相连,小球a固定在轻杆的一端,轻杆的另一端固定在左侧竖直墙壁上,轻杆与竖直墙壁间的夹角为30°。现改变作用在小球b上的外力F的大小和方向,使轻绳与竖直方向的夹角保持60°不变。已知重力加速度为g。则( )A.外力F可能水平偏上,也可能水平偏下B.外力F的最小值为0.5mgC.轻杆对小球a的作用力沿杆方向不变而大小改变D.轻杆对小球a的作用力的最小值为mg
8.(2022·河北省级联测)如图所示,a、b、c三块质量均为m的物块叠放在一起,物块a、b间的动摩擦因数为0.6,物块b、c间的动摩擦因数为0.4,物块c与地面间的动摩擦因数为0.2,物块a、c用轻绳通过固定在墙面上的两个光滑定滑轮连接,物块与滑轮间轻绳水平,现用逐渐增大的水平力F向左拉c,直到使物块c发生运动。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则拉力F至少为( )
解析:物块之间产生相对滑动,需要达到对应点的最大静摩擦力,a、b间的最大静摩擦力为0.6mg,b、c间的最大静摩擦力为0.8mg,所以a、b间更易产生相对滑动,即拉动c,系统内物体间产生滑动时b、c作为一个整体一起运动。当c要发生运动时,对b、c整体受力分析,a对整体是向右的最大静摩擦力,为Ffa=0.6mg,地面对整体是向右的摩擦力,为Ff地=0.2×3mg=0.6mg,轻绳对整体向右的拉力FT=0.6mg,所以F≥FT+Ffa+Ff地=1.8mg,B正确,A、C、D错误。
类型一 科技前沿问题新高考试题注重体现时代特色,引导学生秉持家国情怀,更注重情境化的命题趋势,试题命制中涉及科技前沿问题的日渐增多,这对同学们的解题素养提出了更高的要求。遇到这些问题时,需要将所学知识与实际习题情境联系起来,抓住问题的实质,从情境中抽象出物理模型,运用物理学基本规律解决。
解析:根据题意,升力F2与速度方向垂直,因此可以排除选项B、D;空气阻力f与速度方向相反,可以排除选项C,故选项A正确。
1.弹力(1)大小:弹簧在弹性限度内,弹力的大小可由胡克定律F=kx计算;一般情况下物体间相互作用的弹力可由平衡条件或牛顿运动定律来求解。(2)方向:一般垂直于接触面(或切面)指向形变恢复的方向,绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向。2.摩擦力(1)大小:滑动摩擦力Ff=μF压,与接触面的面积无关;静摩擦力的增大有一个限度,具体值根据牛顿运动定律或平衡条件来求。(2)方向:沿接触面的切线方向,并且跟物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反。
(2)方向:正电荷所受静电力方向与电场强度方向一致,负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。4.安培力(1)大小:F=BIL,此式只适用于B⊥I的情况,且L是导线的有效长度。当B∥I时,F=0。(2)方向:用左手定则判断,安培力垂直于B、I确定的平面。
5.洛伦兹力(1)大小:F=qvB,此式只适用于B⊥v的情况。当B∥v时,F=0。(2)方向:用左手定则判断,洛伦兹力垂直于B、v确定的平面,洛伦兹力永不做功。6.共点力的平衡(1)平衡状态:物体静止或做匀速直线运动。(2)平衡条件:F合=0或Fx=0,Fy=0。
模型建构滑块与斜面模型如图所示,斜面固定,物块与斜面间的动摩擦因数为μ,将物块轻放在斜面上,若μ=tan θ,物块刚好不下滑;若μ>tan θ,物块静止;若μ
解析:把a、b作为整体分析,水平方向根据平衡条件Ff=Fcs θ,故A错误;对物块b,根据垂直斜面方向的合力为零可知,斜面体a对物块b的支持力大小为mgcs θ,故B正确;对a、b整体,在竖直方向,根据平衡条件有Mg+mg=FN+Fsin θ,FN=Mg+mg-Fsin θ,故C正确,D错误。
1.基本思路依据“整体法”与“隔离法”来确定研究对象。2.两个解题技巧(1)善于转换研究对象,尤其是对摩擦力不易判定的情形,可以先分析相接触物体的受力情况,再应用牛顿第三定律判定。(2)假设法是判断弹力、摩擦力的存在及方向的基本方法。
3.三个重要推论(1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小相等,方向相反。(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等,方向相反。(3)多力平衡:如果物体受多个共点力作用处于平衡状态,其中任何一个力与其余力的合力大小相等,方向相反。4.分析轻绳、轻杆弹力的“两种”模型(1)“活结”与“死结”:“活结”两侧绳的弹力大小一定相等,“死结”两侧绳的弹力大小不一定相等。(2)“动杆”与“定杆”:“动杆”弹力方向一定沿杆,“定杆”弹力方向不一定沿杆。
1.(2022·山东德州二模)如图所示,轻绳MN的两端固定在水平天花板上,物体m1通过另一段轻绳系在轻绳MN的某处,光滑轻滑轮跨在轻绳MN上,可通过其下边的一段轻绳与物体m2一起沿MN自由移动。系统静止时轻绳MN左端与水平方向的夹角为60°,右端与水平方向的夹角为30°。则物体m1与m2的质量之比为( )
解析:对物体m1上端绳结受力分析如图甲所示。根据共点力平衡及几何关系,合力正好平分两个分力的夹角,可得F1=m1g。对滑轮受力分析如图乙所示,得F2=m2g。根据轻绳拉力特点可知F1=F2,则m1=m2。A正确。
2.(2022·辽宁大连模拟) 如图所示,两个完全相同的木模质量均为m,通过三根轻质竖直细线对称连接,放在水平面上呈“互”字型静置,上方木模呈现悬浮效果,这是利用了建筑学中的“张拉整体”的结构原理。细线a、b、c上的张力大小分别用Fa、Fb、Fc表示,水平面所受的压力大小为FN,重力加速度大小为g。下列关系式正确的是( )A.Fa>mg,FN=2mgB.Fa>mg,FN>2mgC.Fb=Fc,Fa=Fb+0.5mgD.Fa=Fb+Fc
解析:对整体受力分析,由平衡条件得FN=2mg,由对称性可知Fb=Fc,对上方木模受力分析,受到自身向下的重力mg,两根长线向下的拉力Fb、Fc和短线a向上的拉力Fa,有Fa=mg+Fc+Fb,则Fa>mg,Fa≠Fb+Fc,故选A。
1.动态平衡物体在缓慢移动过程中,可认为其速度、加速度均为零,物体处于平衡状态。2.思路方法把“动”化为“静”,“静”中求“动”。动态平衡问题的常用方法有图解法、解析法和相似三角形法。(1)图解法:一个力恒定,另一个力的方向恒定时可用此法。例:挡板P由竖直位置向水平位置缓慢旋转时小球受力的变化。(如图所示)(2)解析法:如果物体受到多个力的作用,可进行正交分解,利用解析法,建立平衡方程,根据自变量的变化确定因变量的变化。
(3)相似三角形法:一个力恒定、另外两个力的方向同时变化,当所作矢量三角形与空间的某个几何三角形总相似时用此法。(如表所示)
3.(2022·辽宁沈阳模拟)如图所示为一简易起重装置,AC是上端带有滑轮的固定支架,BC为质量不计的轻杆,杆的一端C用铰链固定在支架上,另一端B悬挂一个重力为G的重物,并用钢丝绳跨过滑轮连接在卷扬机上。开始时,杆BC与支架AC的夹角∠BCA>90°,现使∠BCA缓缓变小,直到∠BCA=30°。在此过程中,杆BC所受的力(不计钢丝绳所受重力及一切阻力,且滑轮和铰链大小可不计)( )A.大小不变 B.逐渐增大C.先减小后增大 D.先增大后减小
4.(2021·湖南卷,5) 质量为M的凹槽静止在水平地面上,内壁为半圆柱面,截面如图所示,A为半圆的最低点,B为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触,内有一质量为m的小滑块。用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动,力F的方向始终沿圆弧的切线方向,在此过程中所有摩擦均可忽略,下列说法正确的是( )A.推力F先增大后减小B.凹槽对滑块的支持力先减小后增大C.墙面对凹槽的压力先增大后减小D.水平地面对凹槽的支持力先减小后增大
考点三 电磁场中的平衡问题
1.“三种”电磁力的对比
2.涉及静电力、磁场力的平衡问题的解题思路(1)记忆口诀:一场二弹三摩擦,各力方向准确画。(2)思维导图。3.解题常见误区及提醒(1)安培力方向的判断要先判断磁场方向、电流方向,再用左手定则判断,同时注意立体图转化为平面图。(2)静电力或安培力的出现,可能会对压力或摩擦力产生影响。(3)涉及电路问题时,要注意闭合电路欧姆定律的使用。
5.(2022·广东广州二模)如图,在光滑绝缘斜面上有带电小球a与b,两球同时释放瞬间,a球的加速度刚好为零。则下列关于a、b的电性及初始位置,符合要求的是( )
解析:带电小球a在光滑绝缘斜面上,对其受力分析,受重力、支持力和带电小球b对它的库仑力。两球同时释放瞬间,a球的加速度刚好为零,即带电小球b对它的库仑力与重力和支持力的合力平衡,故带电小球b对小球a的库仑力沿斜面向上。综上所述只有B图符合题意。
6.(2022·湖南卷,3)如图a,直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上,其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场,与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化,其截面图如图b所示。导线通以电流I,静止后,悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是( )A.当导线静止在图a右侧位置时,导线中电流方向由N指向MB.电流I增大,静止后,导线对悬线的拉力不变C.tan θ与电流I成正比D.sin θ与电流I成正比
考点四 平衡问题中的临界、极值问题
1.临界问题当某物理量变化时,会引起其他物理量的变化,从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题的描述中常用“刚好”“刚能”“恰好”等词语。力的平衡中常见的临界状态有:(1)两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为零(主要体现为两物体间的弹力为零)。(2)绳子断与不断的临界条件为作用力达到最大值。(3)存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大值。
2.极值问题平衡物体的极值一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题。3.解决临界、极值问题的思路4.解决临界、极值问题的三种方法(1)解析法:根据物体的平衡条件列出平衡方程,在解方程时采用数学方法求极值。(2)图解法:此种方法通常适用于物体只在三个力作用下的平衡问题。(3)极限法:极限法是一种处理临界问题的有效方法,它是指通过恰当选取某个变化的物理量将问题推向极端(如“极大”“极小”等),从而把比较隐蔽的临界现象暴露出来,快速求解。
7.(2022·安徽芜湖阶段测试)(多选)如图所示,质量均为m的小球a、b之间用轻绳相连,小球a固定在轻杆的一端,轻杆的另一端固定在左侧竖直墙壁上,轻杆与竖直墙壁间的夹角为30°。现改变作用在小球b上的外力F的大小和方向,使轻绳与竖直方向的夹角保持60°不变。已知重力加速度为g。则( )A.外力F可能水平偏上,也可能水平偏下B.外力F的最小值为0.5mgC.轻杆对小球a的作用力沿杆方向不变而大小改变D.轻杆对小球a的作用力的最小值为mg
8.(2022·河北省级联测)如图所示,a、b、c三块质量均为m的物块叠放在一起,物块a、b间的动摩擦因数为0.6,物块b、c间的动摩擦因数为0.4,物块c与地面间的动摩擦因数为0.2,物块a、c用轻绳通过固定在墙面上的两个光滑定滑轮连接,物块与滑轮间轻绳水平,现用逐渐增大的水平力F向左拉c,直到使物块c发生运动。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则拉力F至少为( )
解析:物块之间产生相对滑动,需要达到对应点的最大静摩擦力,a、b间的最大静摩擦力为0.6mg,b、c间的最大静摩擦力为0.8mg,所以a、b间更易产生相对滑动,即拉动c,系统内物体间产生滑动时b、c作为一个整体一起运动。当c要发生运动时,对b、c整体受力分析,a对整体是向右的最大静摩擦力,为Ffa=0.6mg,地面对整体是向右的摩擦力,为Ff地=0.2×3mg=0.6mg,轻绳对整体向右的拉力FT=0.6mg,所以F≥FT+Ffa+Ff地=1.8mg,B正确,A、C、D错误。
类型一 科技前沿问题新高考试题注重体现时代特色,引导学生秉持家国情怀,更注重情境化的命题趋势,试题命制中涉及科技前沿问题的日渐增多,这对同学们的解题素养提出了更高的要求。遇到这些问题时,需要将所学知识与实际习题情境联系起来,抓住问题的实质,从情境中抽象出物理模型,运用物理学基本规律解决。
解析:根据题意,升力F2与速度方向垂直,因此可以排除选项B、D;空气阻力f与速度方向相反,可以排除选项C,故选项A正确。
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